申请日2012.05.21
公开(公告)日2012.09.12
IPC分类号C02F3/30; C02F9/14
摘要
本发明涉及强化反硝化除磷功能的低碳源污水处理系统及方法，属于环境工程水处理领域。反应装置由SBR主反应池、一个污泥酸化水解池、厌氧释磷池以及化学除磷池构成。所述SBR主反应池采用前置缺氧段—进水—厌氧段—微好氧段—好氧段—沉淀排水运行方式。该技术针对低碳源污水的特性，集反硝化吸磷、侧流除磷和同时硝化反硝化于一体，降低污水中碳源的无效氧化以及减少同时脱氮除磷对碳源的竞争，使之更加适合于具有低碳源特性的污水的处理。
权利要求书
1.一种强化反硝化除磷功能的低碳源污水处理系统，所述系统由SBR主反应池(1)、一个污泥酸化水解池A(2)以及厌氧释磷池B(3)和化学除磷池C(4)构成;
所述SBR主反应池(1)的进水管(12)由SBR主反应池(1)的上部接入，出水管(15)由下部接出，并从SBR主反应池(1)的底部接出两根管与释磷池B(3)相连，分别是外循环污泥管(5)和外循环污泥回流管(6);从化学除磷池C(4)接出一条除磷上清液回流管(7)到SBR主反应池(1)，在SBR主反应池(1)内设置两套曝气装置，采用前置缺氧—进水—厌氧—微好氧—好氧—沉淀排水运行方式;SBR主反应池(1)通过剩余污泥管(23)与污泥酸化水解池A(2)相连;
所述污泥酸化水解池A(2)通过污泥消化液管(9)与释磷池B(3)相连，释磷池B(3)和化学除磷池C(4)从上部分别接入厌氧释磷池B(3)污水管(10)和化学除磷药剂管(11)，并在两个池子之间接有相互连通的排水管(8);化学除磷池C(4)下接出一条化学污泥管(16)，在不排化学污泥的时，化学排泥管(16)通过阀门关闭，只有在从化学除磷池C(4)排除化学污泥时，才将化学排泥管(16)的阀门打开进行排泥。
2.利用权利要求1所述的系统进行低碳源污水处理方法，其特征在于：所述SBR主反应池(1)采用前置缺氧—进水—厌氧—微好氧—好氧—沉淀排水的运行方式，处理过程如下：
① 前置缺氧：上周期排水结束后，让释磷池B中的释完磷的外循环污泥回流到SBR主反应池(1)，搅拌，使回流污泥充分混合，直至SBR主反应池开始沉淀排水时停止搅拌;此时空压机处于关闭状态，整个SBR主反应池中的混合液处于缺氧状态，进行反硝化吸磷，前置缺氧时间为30min-40min;反硝化吸磷结束后，将一部分污泥由外循环排至释磷池B(3);
② 进水：根据设定进水量设定进水时间，即进水量= 进水流量×进水时间，在厌氧段开始时将污水经进水管(12)抽入SBR主反应池(1)，沉淀排水时，停止进水，整个进水时间为厌氧段和微好氧段时间之和;
③ 厌氧：开启搅拌器进行厌氧搅拌，使整个SBR主反应池中的混合液处于厌氧状态，厌氧时间为30min-40min;
④微好氧：厌氧结束后，采用微曝气方式，使SBR主反应池处于DO浓度在0.3～0.6mg/L的低氧好氧状态;在这个阶段开始回流上周期的化学除磷上清液，微曝气维持1h-1.5h;
⑤ 好氧：增加曝气量，使SBR主反应池进入好氧阶段，此时硝化菌继续氧化剩余的氨氮，聚磷菌利用氧气吸收污水中的磷酸盐，增加水中的溶解氧浓度，避免后续沉淀排水时污泥释磷，好氧时间30min;
⑦ 沉淀排水：好氧完成后，停止曝气，SBR主反应池进行泥水分离，待污泥沉淀到SBR主反应池液面高度一半以下后，排水，排水结束后，排出剩余污泥至污泥酸化水解池A，系统进入下一周期循环，沉淀排水1h;
在以上处理过程中，在前置缺氧段后排至释磷池B(3)的一部分外循环污泥经过释磷后沉淀，上清液排入化学除磷池C(4)进行化学除磷，化学除磷上清液回流至SBR主反应池的好氧段进行下一步的处理，污泥则回流到下一周期的前置缺氧段。
3.根据权利要求2所述的低碳源污水处理方法，其特征在于：所述释磷池B回流至SBR主反应池(1)前置缺氧的外循环污泥约占总污泥量的10%-15%。
4.根据权利要求2所述的低碳源污水处理方法，其特征在于：SBR主反应池中吸磷污泥通过外循环污泥管(5)自流至厌氧释磷池B(3)后，要向厌氧释磷池B(3)注入污泥酸化水解池A(2)酸化水解液与污水的混合液作为释磷碳源，其加入量与释磷池B(3)中的污泥量体积比为1：1，然后进行厌氧搅拌，使池中释放的磷酸盐浓度达到35～40mg/L，释磷结束后，进行泥水分离。
5.根据权利要求2所述的低碳源污水处理方法，其特征在于：在化学除磷过程中，要向化学除磷池C(4)中投加化学除磷剂，并搅拌使化学除磷剂与水中磷酸盐充分接触进行混凝沉淀，化学污泥通过池底部排泥管排出，上清液回流至SBR主反应池(1)的下一周的微好氧段以进一步去除污水中的氮和有机物，随后释磷池B(3)富含磷酸盐的上清液再次排入排空的化学除磷池C(4)。
6.根据权利要求2所述的低碳源污水处理方法，其特征在于：所述污泥酸化水解池A接受了来自SBR主反应器(1)排放的剩余污泥后，该污泥在酸化水解池中的停留时间约10天，然后搅拌、沉淀，最后再排1.5L至强化厌氧释磷池B(3)。
说明书
一种强化反硝化除磷功能的低碳源污水处理系统及方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种强化反硝化除磷功能的低碳源污水处理系统及运行方式，适用于城镇低碳源生活污水同步脱氮除磷。
背景技术
伴随着“城镇化”的形成和发展，越来越多的氮磷营养物质通过城市污水进入附近水体，再加上农田径流引入水体的化肥残留物和牲畜粪便，水体富营养化问题日渐突出。而同步生物脱氮除磷污水处理系统存在的有机碳源竞争、污泥龄矛盾等，致使城市污水处理厂很难同时获得优异的除磷脱氮效果。尤其在一些南方城市，其生活污水平均COD浓度不高于200mg/L，而氮、磷浓度相对较高，COD/TN通常在5以下，COD/TP则低于35，对于这种低碳源城市生活污水，要保证同时脱氮除磷效果就更加困难。如何高效、低成本地实现低碳源城市污水的同步除磷脱氮，已成为该领域不得不面对的技术难题。
目前已有关于低碳源污水的强化同步除磷脱氮的研究报道，如针对传统脱氮除磷工艺在处理低碳源污水存在的有机碳源存在无效氧化而开发的低溶解氧分步进水技术，针对反硝化菌和聚磷菌之间的碳源竞争和污泥龄矛盾问题而设计的侧流除磷以及基于氮的不同转化途径上开发的各种脱氮新工艺：短程硝化反硝化，同时硝化反硝化、厌氧氨氧化和反硝化吸磷。
但上述这些工艺技术还存在缺陷，主要有以下几个方面的问题：(1)厌氧段后有大量上周期残留的硝态氮，影响释磷菌释磷。(2)分步进水能合理的分配水中有限碳源，但是会导致系统操作复杂。(3)脱氮新工艺对运行工况条件要求苛刻，较难实现。(4)侧流除磷的外循环污泥为好氧吸磷污泥，带有较多硝酸盐和溶解氧，不利于厌氧释磷。而且系统对回流的释磷菌的胞内碳源利用率也不是很高。此外，目前鲜有将几个技术联合一起提高系统脱氮除磷效能的研究报道。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种强化反硝化除磷功能的低碳源污水处理系统及方法。
本发明的技术方案如下：
一种强化反硝化除磷功能的低碳源污水处理系统，所述系统由SBR主反应池、一个污泥酸化水解池A以及厌氧释磷池B和化学除磷池C构成;
所述SBR主反应池的进水管由SBR主反应池的上部接入，出水管由下部接出，并从SBR主反应池的底部接出两根管与释磷池B相连，分别是外循环污泥管和外循环污泥回流管;从化学除磷池C接出一条除磷上清液回流管到SBR主反应池，在SBR主反应池内设置两套曝气装置，采用前置缺氧—进水—厌氧—微好氧—好氧—沉淀排水运行方式;SBR主反应池通过剩余污泥管与污泥酸化水解池A相连。
所述污泥酸化水解池A通过污泥消化液管与释磷池B相连，释磷池B和化学除磷池C从上部分别接入厌氧释磷池B污水管和化学除磷药剂管，并在两个池子之间接有相互连通的排水管;化学除磷池C下接出一条化学污泥管，在不排化学污泥的时，化学排泥管通过阀门关闭，只有在从化学除磷池C排除化学污泥时，才将化学排泥管的阀门打开进行排泥。
利用上述系统进行低碳源污水处理方法，SBR主反应池采用前置缺氧段—进水—厌氧段—微好氧段—好氧段—沉淀排水的运行方式。总体来说，该方法是在SBR主反应器沉淀排水后，将厌氧释磷池B中的释磷污泥通过外循环污泥回流管回流到SBR主反应池，此时搅拌机开始搅拌，反硝化吸磷结束后再将部分污泥外循环到释磷池B进行释磷，外碳源为污泥酸化水解池A酸化水解液与污水的混合液;同时SBR主反应器开始进水并进行厌氧搅拌，厌氧段结束后第一组曝气机开始曝气，系统进入微好氧段。好氧段第二组曝气机开始曝气。最后沉淀排水。而外循环污泥经过释磷后沉淀，上清液排入旁边的化学除磷池C进行化学除磷，化学除磷上清液回流至主体反应池好氧段进行下一步的处理，污泥回流到下一周期的前置缺氧段。
该方法具体步骤如下：
① 前置缺氧：上周期排水结束后，让释磷池B中的释完磷的外循环污泥回流到SBR主反应池，搅拌，使回流污泥充分混合，直至SBR主反应池开始沉淀排水时停止搅拌;此时空压机处于关闭状态，整个SBR主反应池中的混合液处于缺氧状态，进行反硝化吸磷，前置缺氧时间为30min-40min;反硝化吸磷结束后，将一部分污泥由外循环排至释磷池B;
② 进水：根据设定进水量设定进水时间，即进水量= 进水流量×进水时间，在厌氧段开始时将污水经进水管抽入SBR主反应池，沉淀排水时，停止进水，整个进水时间为厌氧段和微好氧段时间之和;
③ 厌氧：开启搅拌器进行厌氧搅拌，使整个SBR主反应池中的混合液处于厌氧状态，厌氧时间为30min-40min;
④微好氧：厌氧结束后，采用微曝气方式，使SBR主反应池处于DO浓度在0.3～0.6mg/L的低氧好氧状态;在这个阶段开始回流上周期的化学除磷上清液，微曝气维持1h-1.5h;
⑤ 好氧：增加曝气量，使SBR主反应池进入好氧阶段，此时硝化菌继续氧化剩余的氨氮，聚磷菌利用氧气吸收污水中的磷酸盐，增加水中的溶解氧浓度，避免后续沉淀排水时污泥释磷，好氧时间30min;
⑦ 沉淀排水：好氧完成后，停止曝气，SBR主反应池进行泥水分离，待污泥沉淀到SBR主反应池液面高度一半以下后，排水，排水结束后，排出剩余污泥至污泥酸化水解池A，系统进入下一周期循环，沉淀排水1h;
在以上处理过程中，在前置缺氧段后排至释磷池B的一部分外循环污泥经过释磷后沉淀，上清液排入化学除磷池C进行化学除磷，化学除磷上清液回流至SBR主反应池的好氧段进行下一步的处理，污泥则回流到下一周期的前置缺氧段。
本发明的优点如下：
(1)在不进水的前置缺氧段回流释磷污泥不但可以充分利用聚磷菌胞内碳源进行反硝化吸磷，避免进水外碳源对反硝化除磷的影响，还可以消除上周期残余硝态氮对后续厌氧释磷的影响以及释磷污泥回流液中的高浓度磷酸盐对系统除磷的冲击，实现一碳两用的目的。
(2)在经过前置缺氧段反硝化吸磷后，去除上周期残余硝态氮，提高系统对进水中氮浓度的稀释能力，使得系统具有较高的抗氮冲击负荷能力。
(3)与传统侧流除磷的“好氧吸磷，厌氧释磷”，本发明外循环的是经前置反硝化吸磷后的缺氧污泥即“缺氧吸磷，厌氧释磷”，可以避免外循环污泥将高浓度的硝态氮和溶解氧带到释磷池，影响厌氧释磷池释磷效果。
(4)设立微好氧段可以减少对进水碳源的无效氧化，有利于同时硝化反硝化的发生。
(5)污泥消化液和污水一定比例混合作为强化释磷池的强化释磷碳源，不仅可以节省外加碳源量，还可以省去调节污泥消化液pH步骤。
(6)化学除磷上清液回流至微好氧段，补充硝化过程所消耗的碱度。
(7)采用前置缺氧段—厌氧段—微好氧段—好氧段—沉淀排水并在厌氧段和微好氧段连续进水的运行方式，可以提高进水碳源的利用率。在开始曝气初期，系统中异养菌较有优势，首先利用水中溶解氧进行有机物氧化分解，而硝化菌在竞争中处于劣势并不能立即进行硝化反应，因此，传统处理方法往往通过增加曝气量以换取更好的硝化效果，造成有机物的更快分解和曝气量的浪费。改进后的运行方式更合理的可以利用水中有限碳源：反硝化除磷和侧流除磷有机相辅相成，更加合理利用外加碳源，提高系统除磷效率;连续进水的运行方式可以合理的分配进水中有限的碳源;微好氧段的设立为同时硝化反硝化提供适宜的外部条件，并减少曝气量和碳源的无效氧化;最后的好氧段增加污泥活性，避免后续沉淀排水时释磷。因此，本发明可以减少城镇污水同步除磷脱氮的对碳源的竞争。
